基于细长轴类零件加工的普通车床经济型数控化改造

论文摘要

本文研究的是普通车床经济型数控化改造中双刀架机械部分和电气部分的设计。设计基于徐州恒兴金桥机械科技有限公司生产“细长轴”类零件的需要,运用TRIZ理论对该类零件在加工中受到切削力和切削热的作用很容易产生弯曲变形,难以做到在保证精度的同时兼顾加工效率现象的分析,提出三轴双刀架设计。目前车床解决此类问题的方法是采用跟刀架和中心架为支撑附件来配合刀具进行加工。然而在加工过程中由于受刀具几何角度、切削三要素、中心架和跟刀架的支撑爪与工件之间接触面积和力度等因素的影响,效果不理想。由于产品实际生产需要,企业提出对现有C6150普通车床进行数控改造,要求保证机床加工精度0.01mm,能实现高速切削,能实现“细长轴”类零件高效批量生产,属于车床经济型数控改造范畴。经调研论证,提出采用三轴双刀架设计框架,该设计需要改变传统中拖板结构配备双刀架,能够实现两个刀架交替加工,一方工作时另一方起到“跟刀架作用”。由于采用数控系统可实现小进给高速切削。结构有别于目前市场上双刀架数控车床,降低了成本,实现专业化生产。双刀架数控改造主要技术难点：1)如何产生无干涉刀具路径,防止出现几何干涉和工艺干涉;2)如何协调前后刀架的动作,在一把刀在加工的同时,另一刀架安装夹具(如V形块)能起到“跟刀架”的作用；3)数控程序优化,根据加工零件精度和工艺要求,能实现安全高速切削。本论文研究内容如下：1)首先,对国内外数控车床改造进行调研,全面了解国内外数控机床发展趋势与行业需求,深刻体会到经济型数控车床改造在中小型企业很受欢迎；2)其次,深入分析“细长轴”类零件加工过程,总结加工中出现的问题。结合数控车床加工特点,调研目前双刀架的种类及应用环境,提出三轴双刀架总体方案；3)然后,根据总体方案,论文重点论述了三轴双刀架数控车床机械部分设计和三轴双刀架数控车床电气设计；4)最后,对三轴双刀架数控车床进行性能分析,总体效果良好,达到企业要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 机床数控化改造的市场
• 1.2 数控化改造的内容
• 1.2.1 细长轴类零件加工举措
• 1.2.2 数控化改造的内容
• 1.3 研究背景
• 1.3.1 课题的来源背景
• 1.3.2 课题研究目的与意义
• 1.3.3 本课题设计的主要内容
• 1.3.4 要解决的技术难点
• 1.4 本课题的特色与创新之处
• 1.5 双刀架数控车床的发展前景分析
• 2 总体设计方案
• 2.1 总体设计流程
• 2.2 总体设计内容
• 2.3 总体造型
• 2.4 数控车床的主要技术参数
• 3 数控车床机械部分设计
• 3.1 数控车床主传动机械部分
• 3.1.1 主轴装置部分
• 3.1.2 卡盘和尾座
• 3.2 横向（X）部分机械零部件设计与分析
• 3.2.1 中托板设计与分析
• 3.2.2 滑台设计与分析
• 3.2.3 双刀架机械部分的选型与计算
• 3.2.4 横向（X）滚珠丝杠副的选型与计算
• 3.3 纵向（Z）部分机械的分析
• 3.4 X进给机械设计与分析
• 3.4.1 电机的初步选型
• 3.4.2 伺服电机的计算分析
• 3.4.3 伺服电机的选型确定
• 3.5 辅助部分机械设计分析
• 3.5.1 联轴器的选型与设计
• 3.5.2 支撑轴承的选择
• 3.5.3 限位装置的设计
• 3.5.4 导轨保护罩的设计
• 3.5.5 齿轮箱体的设计
• 3.5.6 伺服电机支架的设计
• 4 数控车床电气部分设计
• 4.1 FANUCOi—Mate-Tc系统设定设计
• 4.2 数车硬件连接设计
• 4.2.1 硬件的选型
• 4.2.2 硬件连接
• 4.3 主传动系统的电气设计
• 4.3.1 主轴正反转主电路、外部控制电路设计
• 4.3.2 主轴的内部PMC电气原理图
• 4.3.3 主轴正反转控制梯形图
• 4.3.4 主轴准停及控制PMC梯形图
• 4.4 进给轴伺服电机的相关电气设计
• 4.4.1 X伺服电机与伺服放大器的连接
• 4.5 两个刀架的相关电气设计
• 4.5.1 刀架的强电电路
• 4.5.2 刀架接触器电路
• 4.5.3 刀架电气接线
• 4.5.4 刀架的PMC程序编程
• 4.6 切削液释放的相关电气
• 4.6.1 切削液泵电机工作电路
• 4.6.2 切削液PMC控制
• 4.7 润滑系统相关电气
• 4.7.1 润滑作用
• 4.7.2 控制电路梯形图
• 4.7.3 润滑泵PMC程序控制
• 5 改造后车床性能分析
• 5.1 安全性分析
• 5.2 可操作性分析
• 5.3 可靠性的分析
• 5.4 经济性分析
• 5.5 机床精度分析
• 6 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢
• 附录